Измерение микротвердости
Для изучения свойств и превращений в сплавах необходимо не только знать «усредненную» твердость, представляющую твердость в результате суммарного влияния присутствующих в сплаве фаз и структурных составляющих, но и определять твердость отдельных фаз и структур сплава. Микротвердость определяют вдавливанием алмазной пирамиды. Прибор типа ПМТ-3, разработанный М. М. Хрущевым и Е. С. Берковичем (рис. 3.5), имеет штатив 8 вертикального микроскопа с тубусом, перемещающимся вверх и вниз с помощью макрометрического винта 6 и микрометрического винта 5. На верхний конец тубуса установлен окулярный микрометр 7, а в нижнем конце закреплены шток 2 с алмазной пирамидой, опакиллюминатор 9 и объективы 11. В опакиллюминаторе имеется лампочка напряжением 6 В, питаемая от электросети через трансформатор. Прибор снабжен двумя объективами для просмотра микрошлифа при увеличениях в 478 и 135 раз. Окуляр увеличивает в15 раз. Окулярный микрометр имеет неподвижную сетку, отсчетный микрометрический барабанчик и каретку с подвижной сеткой. На неподвижной сетке длиной 5 мм нанесены штрихи с цифрами и угольник с прямым углом, вершина которого совпадает с цифрой 0. На подвижной сетке нанесен угольник с прямым углом и две риски. Для определения микротвердости согласно ГОСТ 9450 – 76 применяют следующие типы алмазных наконечников: с четырехгранной пирамидой с квадратным основанием (индекс «кв»); с трехгранной пирамидой с основанием в виде равностороннего треугольника (индекс «тр»); с четырехгранной пирамидой с ромбическим основанием (индекс «рб»); бицилиндрический наконечник (индекс «ц»).
Рис. 3.5. Схема прибора ПМТ-3 для измерения микротвердости: 1 – поворотный столик; 2 – шток; 3 – груз; 4 – ручка; 5 – микрометрический винт; 6 – макрометрический винт; 7 – окулярный микрометр; 8 – штатив; 9 – опакиллюминатор; 10 – винт; 11 - объектив; 12 – столик; 13 – механизм перемещения
Наиболее широко используют алмазный наконечник в виде пирамиды с углом между гранями при вершине 136о, т. е. такой же, как и в пирамиде для измерения твердости по Виккерсу (что облегчает пересчет на числа Виккерса). Нагрузка для вдавливания пирамиды создается грузами 3, устанавливаемыми на шток 2. В приборе применяют грузы от 1 до 500 г в зависимости от особенностей изучаемой структуры и задач исследования. Поверхность измеряемого образца шлифуют и полируют, а при необходимости подвергают травлению реактивами, применяемыми для микроанализа соответствующих сплавов (см. табл. 2.1). Подготовленный образец (микрошлиф) устанавливают на столе 12 так, чтобы исследуемая поверхность была параллельна плоскости столика и обращена вверх. При испытании образцов сложной формы это достигается предварительной установкой образца в пластилин и выравниванием положения шлифуемой поверхности образца ручным прессом. Установленный микрошлиф просматривают через окуляр. С помощью двух винтов столик перемещается в двух перпендикулярных направлениях, что позволяет перемещать микрошлиф и выбрать на нем участок, в котором необходимо измерить твердость. Этот участок следует разместить в середине поля зрения микроскопа – точно в вершине угла неподвижной сетки. Затем устанавливают грузы, поворачивают с помощью ручки столик 12 на 180о (от одного упора до другого) для подведения выбранного участка образца под алмазную пирамиду. После этого медленным (в течение 10 – 15 с) поворотом ручки приблизительно на 180о опускают шток с алмазной пирамидой так, чтобы алмаз коснулся образца. В этом положении выдерживают образец под нагрузкой 5 – 10 с, после чего, поворачивая ручку 4 в исходное положение, поднимают шток с алмазом. Затем поворачивают столик 12 на 180о и возвращают образец в исходное положение под объектив микроскопа для измерения диагонали отпечатка (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Схема измерения отпечатков на приборе ПМТ-3
Если прибор правильно центрирован, то изображение отпечатка окажется в поле зрения микроскопа или будет близко к вершине угла неподвижной сетки. Точность совмещения места, намеченного для испытания, с местом фактического вдавливания пирамиды составляет в этом приборе 3 мкм. Затем вращением винтов 10 подводят отпечаток к угольнику неподвижной сетки таким образом, чтобы вершина угольника совпала с левым углом отпечатка, а пунктирные линии угольника совпали с гранями левой части отпечатка. После этого вращением микрометрического барабана окуляра подводят вершину угольника подвижной сетки к противоположному углу отпечатка; тогда пунктирные линии угольника подвижной сетки совместятся с гранями правой части отпечатка. При таком положении сеток деления микроскопического барабанчика указывают длину диагонали отпечатка. Поворачивая окуляр на 90о, определяют также длину второй диагонали и вычисляют среднюю длину диагонали. Полученную среднюю длину переводят по таблице на число микротвердости. Указанные измерения полученного отпечатка проводят не менее двух – трех раз.
Рис. 3.7. Литая быстрорежущая сталь после закалки (видны отпечатки алмазной пирамиды). Х 500
Числа твердости в таблице вычислены по формуле Н = 1, 854Р/d2 и представляют числа твердости по Виккерсу. Для получения более точного результата измеряют твердость изучаемого участка микрошлифа, например одного зерна два – три раза. Для этого необходимо, чтобы на площади одного и того же зерна (или карбида и т. д.) разместились, по крайней мере, два отпечатка. Исходя из этого условия, экспериментально подбирают величину нагрузки для исследования. Необходимо учесть, что при очень малых нагрузках могут получиться недостаточно точные результаты. Прибор позволяет фотографировать микроструктуру сплава с полученными отпечатками. Измерения микротвердости широко применяют для изучения структуры и свойств сплавов. На рис. 3.7 показана микроструктура литой быстрорежущей стали после закалки. Сталь состоит из крупных зерен неоднородного строения, причем каждое зерно имеет три концентрических слоя: сердцевина зерна имеет твердость HV = 3200 -3500 МПа (35 HRC), промежуточный слой HV = 7000 – 7250 МПа (58 HRC) и наружный слой HV = 9400 – 10000 МПа (65 – 67 HRC). Макротвердость стали (65 HRC) не выявляет этой неоднородной твердости, а, следовательно, и структуры.
|
